Manutenção e expressão do genoma

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Manutenção e
expressão do
genoma
Prof.ª Gabrielle Alves Ribeiro da Silva
Descrição
A manutenção e expressão do genoma como condição essencial para a vida dos organismos procarióticos
e eucarióticos.
Propósito
A compreensão dos mecanismos envolvidos na manutenção e expressão do genoma é extremamente
importante para profissionais da área da saúde que pretendem atuar, por exemplo, com pesquisas
científicas, desenvolvimento de fármacos e tratamento de pacientes. O conhecimento de parte da
maquinaria genética permite uma visão ampla para solucionar problemas relacionados a essa área.
Objetivos
Módulo 1
Replicação do DNA em eucariotos e procariotos
Reconhecer os mecanismos necessários para a replicação do DNA em eucariotos e procariotos.
Módulo 2
Transcrição em eucariotos e procariotos
Distinguir as etapas envolvidas na transcrição de eucariotos e procariotos.
Módulo 3
Tradução e código genético
Reconhecer os mecanismos envolvidos no processo de síntese de proteína.
Módulo 4
Mutação e reparo no DNA
Identificar as principais mutações que ocorrem no DNA e o seu mecanismo de reparo.
Introdução
A célula é a unidade fundamental da vida que contém a informação necessária para a construção de um
organismo. No início do século XX, os cientistas argumentavam que os cromossomos, presentes no núcleo
das células, eram os grandes responsáveis por essa vital informação. Já na década de 1940, os avanços
nas pesquisas apontaram que a informação biológica estava sim nos cromossomos, porém era a molécula
de DNA que continha o necessário para o surgimento de um novo indivíduo. Veremos como a informação
contida no DNA é continuamente transmitida nas células e como, a partir dessa informação, é possível que
um novo indivíduo seja formado.
1 - Replicação do DNA em eucariotos e procariotos

Ao �nal deste módulo, você será capaz de reconhecer os mecanismos necessários para a
replicação do DNA em eucariotos e procariotos.
Mecanismos da replicação
A elucidação detalhada da estrutura do DNA realizada por James Watson e Francis Crick identificou que a
informação no DNA estava escrita em um código genético, sendo os nucleotídeos a linguagem desse
código. Outra informação que chamou atenção foi a relação de complementariedade entre as bases na
estrutura de dupla hélice do DNA. Essa descoberta convenceu muitos pesquisadores de que de fato o
grande responsável pela informação genética era o DNA, e não algum tipo de proteína como era sugerido.
Além disso, esse pareamento entre as bases indicou que novas fitas de DNA eram sintetizadas a partir de
fitas existentes que serviam como molde para as fitas filhas, sendo, portanto, complementares às fitas
parentais. Os mecanismos de replicação do DNA em organismos eucariotos e procariotos têm bastante
similaridade.
Ao longo do conteúdo, esse assunto será abordado de forma geral, sendo pontuada alguma diferença entre
os organismos quando necessário. Vamos conhecer mais sobre esse complexo e interessante processo de
replicação do DNA?
A replicação é semiconservativa
Ao elucidar a estrutura de dupla hélice do DNA, Watson e Crick afirmaram que a identificação do
pareamento específico, que acabara de ser postulado, sugeria imediatamente um possível mecanismo de
cópia para o material genético. A hipótese da replicação semiconservativa proposta por Watson e Crick foi
confirmada em 1958, com os experimentos desenvolvidos por Matthew Meselson e Franklin Stahl. Durante a
replicação, as duas fitas da molécula de DNA, as quais se apresentam na forma de dupla hélice, separam-se,
e cada uma das fitas simples serve como molde para uma nova fita de DNA, complementar à fita parental.
Logo, a nova molécula de DNA contém uma fita “antiga” e uma fita nova, conservando somente uma das
fitas parentais, por isso a replicação é semiconservativa.
Forquilha de replicação
Como você já deve ter visto anteriormente, na molécula de DNA as duas fitas da dupla hélice são mantidas
por meio do pareamento de bases complementares e da polaridade inversa, sendo uma fita orientada no
sentido 5’– 3’ e a outra no sentido 3’ – 5’, ou seja, são antiparalelas. Conforme previsto pelo modelo de
Watson e Crick, há na molécula de DNA a formação de uma forquilha, que surge durante o processo de
replicação. Essa forquilha se origina no local onde as fitas da dupla hélice serão abertas de forma a expor
cada uma das fitas permitindo a síntese da nova fita complementar. Na forquilha de replicação é que se
encontram todas as proteínas necessárias para a síntese das fitas filhas, sendo o conjunto dessas proteínas
denominado de replissomo.
A forquilha de replicação se desloca de forma contínua, na direção da dupla hélice que ainda está fechada,
ao passo que na direção oposta, por onde a forquilha já passou, as duas fitas estão separadas, sendo
replicadas ao mesmo tempo. Isso significa que há dois moldes de DNA e duas novas fitas sendo
sintetizadas.
O processo de replicação tem início na origem, na qual a forquilha se forma e se desloca ao longo do DNA
em uma ou em ambas as direções. Na replicação unidirecional, a forquilha segue uma única direção,
enquanto na bidirecional duas forquilhas se abrem e caminham em direções opostas. O consenso é que
todas as células eucarióticas e procarióticas empregam um mecanismo bidirecional de replicação de DNA.
Etapas necessárias para a síntese de DNA
Origens de replicação
Para que a forquilha de replicação se forme e comece a se deslocar pelo DNA é necessário um ponto inicial,
chamado de origem de replicação, que é um local no DNA definido por uma sequência específica de
nucleotídeos. Esse mecanismo é conservado nos diferentes domínios, o que muda são as proteínas e as
sequências de DNA. Além disso, de acordo com o organismo, pode haver várias origens de replicação nos
cromossomos, como é o caso dos eucariotos.
Abertura das �tas
Nas origens de replicação, uma pequena abertura nas fitas do DNA é feita permitindo que as enzimas DNA
helicases acessem esse local e deem início a separação da fita dupla. A DNA helicase se situa à frente da
forquilha de replicação, abrindo a dupla hélice a partir da quebra das pontes de hidrogênio existente entre as
bases. A separação das fitas é necessária para que a forquilha de replicação possa se movimentar.
Impedimento do renovelamento das �tas simples
Depois da separação das fitas duplas, o que se tem são duas fitas simples. Como a formação da dupla
hélice se dá pela complementariedade das bases, as fitas simples têm a tendência de se enovelarem
novamente. No caso da replicação, não é interessante que estas se enovelem já que a abertura das fitas é
essencial para o processo. Assim, o que ocorre é que depois da abertura da dupla hélice pela helicase, as
fitas simples são estabilizadas por meio da ligação de proteínas específicas (proteínas ligadoras de fita
simples) que têm alta afinidade pelo DNA na forma de fita simples.
Nas bactérias e outros procariotos essas proteínas são conhecidas como SSB (de single stranded binding
protein, que significa proteína de ligação à fita simples). Já nos eucariotos é a RPA (replication protein A, que
significa proteína de replicação A) que se liga à fita simples do DNA.
O problema de replicar DNA enovelado
À medida em que a fita dupla de DNA vai sendo aberta, a parte do DNA que se encontra com a dupla hélice
formada sofre um enovelamento, conhecido como superenovelamento. Para facilitar a compreensão, basta
pensar em um cordão fechado e totalmente torcido. Se abrirmos um espaço com o dedo para separar as
duas partes do cordão e tentarmos ampliar esse espaço, a torção no cordão irá aumentar até um ponto em
que não será possível continuar essa abertura. Isso também acontece com o DNA durante a replicação.
O superenovelamento que se forma no decorrer da abertura das fitas precisa ser relaxado
para que não interrompa o movimento da forquilha. O relaxamento é realizado por
topoisomerases.
Há estratégias terapêuticas para o câncer queinterferem na ação das topoisomerases, impedindo o
religamento das fitas de DNA quebradas temporariamente para resolver o problema do superenovelamento.
Assim, esses quimioterápicos atuam de maneira tóxica em células cancerosas que estão replicando, pois o
não religamento das fitas é um sinal para a morte celular.
DNA polimerases
As DNA polimerases foram descobertas em 1957 e suas funções estão ligadas principalmente à síntese e
ao reparo de DNA. As DNA polimerases que atuam na síntese de DNA também recebem a denominação de
DNA replicase.
Para realizar a polimerização de nucleotídeos (síntese de DNA), as DNA
polimerases necessitam de um molde de DNA de fita simples e moléculas de
desoxirribonucleotídeos trifosfato (nucleotídeos livres). A informação da sequência
de incorporação dos nucleotídeos é dada pela fita molde, pois a nova fita precisa
complementar a antiga. A adição de nucleotídeos ocorre somente na extremidade
3’-OH livre, sendo a fita nova sintetizada no sentido 5’- 3’.
Além da atividade de polimerização, as DNA polimerases possuem uma atividade de exonuclease, que é
uma atividade que degrada DNA. Essa atividade é fundamental para a fidelidade da replicação do DNA, pois
quando um nucleotídeo é adicionado erroneamente, a atividade de exonuclease da DNA polimerase pode
atuar removendo esse nucleotídeo mal pareado. Ao mesmo tempo, a atividade de polimerização dessa
mesma enzima possibilita a adição do nucleotídeo correto, de maneira que a síntese pode prosseguir
A topoisomerase I introduz uma quebra de fita simples em uma das fitas, e a topoisomerase II
atua de forma semelhante, a diferença é que a quebra é realizada nas duas fitas. Essas
quebras permitem o relaxamento do DNA.
Ambas as topoisomerases restabelecem a ligação das fitas após a quebra, regenerando-as.
fielmente. Assim, a DNA polimerase acaba por atuar também como uma enzima autocorretiva, corrigindo
seus próprios erros de polimerização durante a síntese de DNA.
Síntese de DNA
Como já visto, o início do processo se dá nas origens de replicação que, no geral, contêm uma sequência de
DNA específica. Com a origem da replicação estabelecida, proteínas especializadas reconhecem a origem e
uma abertura no DNA é feita, e a forquilha ou bolha de replicação é formada. A primeira enzima a atuar é a
helicase que abre as fitas duplas de DNA, localizando-se à frente da forquilha. Para que haja a síntese de
DNA, as DNA polimerases precisam estar presentes na forquilha de replicação e ligadas à fita molde. As
DNA polimerases, no entanto, não conseguem começar a síntese de uma nova fita, elas são capazes de dar
continuidade à formação da fita, mas não iniciar. Então, quem inicia a síntese de DNA?
Para que haja o início da síntese de DNA é necessário um primer ou iniciador, que é uma
cadeia curta de nucleotídeos que se liga à fita molde. A enzima DNA-primase é a responsável
por sintetizar os primers que são compostos por um pequeno trecho (8-12 nucleotídeos) de
RNA complementar a um pequeno pedaço da fita molde, no qual a replicação está sendo
iniciada.
Com a parte inicial da nova fita formada pelo RNA, as DNA polimerases conseguem agir e dar
continuidade à construção da fita. Essa construção, porém, é de apenas um pequeno
fragmento da nova fita, pois as DNA-polimerases tendem a se dissociar rapidamente do DNA.
O complexo proteico, denominado de montador da cinta, monta a cinta deslizante no local necessário
(junção entre a fita molde e o primer) por meio da hidrólise de ATP. Uma vez ligada à cinta deslizante, a DNA
polimerase permanece associada ao DNA realizando a polimerização de nucleotídeos.
Um ponto importante que ainda não foi mencionado é o fato de as duas fitas filhas serem sintetizadas ao
mesmo tempo. Como falado anteriormente, a síntese do DNA pela DNA-polimerase só acontece no sentido
5’– 3’. Lembrando que as fitas do DNA possuem orientação antiparalela, logo, se uma fita está no sentido
5’– 3’, a outra obrigatoriamente estará no sentido oposto (3’ – 5’). E se a DNA polimerase só adiciona
nucleotídeos no sentido 5’ – 3’, como fica a síntese da fita filha quando o molde é a fita que está no sentido
3’ – 5’? Pois se uma fita é antiparalela à outra, a nova fita deve ser formada na direção 3’ – 5’, o que já
sabemos não ser possível.
A estratégia que os organismos encontraram para resolver esse problema é fazer
com que a fita filha seja sintetizada em pequenos pedacinhos no sentido oposto,
para que a síntese possa ocorrer no sentido 5’ – 3’ como deve ser. Os pedacinhos
de fita filha que vão sendo criados são descontínuos e são chamados de
fragmentos de Okasaki. Então há duas fitas de DNA sendo sintetizadas ao mesmo
tempo, porém uma é sintetizada de forma contínua e a outra de forma descontínua,
sendo denominadas de fita-líder e fita descontínua ou tardia respectivamente. Os
fragmentos da fita descontínua também são iniciados por primers de RNA e
estendidos por uma DNA polimerase até que encontre o fragmento de Okasaki
sintetizado anteriormente.
Ao final da síntese, os fragmentos de Okasaki precisam ser unidos e para que isso ocorra primeiramente os
primers têm de ser removidos, o que é realizado pela DNA polimerase com atividade de exonuclease. A
remoção dos primers forma pequenos gaps (espaços) entre os fragmentos de Okasaki que são então
completados com nucleotídeos pela ação da DNA polimerase com atividade de replicação. Mesmo com o
preenchimento dos gaps, ainda há o chamado nick, que é uma descontinuidade da fita dupla caracterizada
por uma quebra de ligação fosfodiéster da fita descontínua. A ligação necessária (entre o grupo 3’-OH da
extremidade de um fragmento de Okasaki e o grupo 5’ fosfato de um fragmento adjacente) é realizada pela
Para resolver isso, há uma proteína acessória (em eucariotos é chamada de PCNA) em forma
de anel, que mantém a DNA-polimerase fortemente associada à fita molde, permitindo o
deslocamento da enzima ao longo do DNA. Essa cinta deslizante, como pode ser chamada,
necessita de um complexo proteico que a carregue para a forquilha de replicação.
DNA ligase, que regenera a fita descontínua recém-formada do DNA. Veja na imagem como se acontece a
síntese das fitas contínua e descontínua durante a replicação do DNA:
Nesse ponto já temos as fitas filhas sintetizadas e a fita contínua já foi regenerada. Como a replicação do
DNA vai ser interrompida? A finalização do processo de replicação do DNA é realizada por meio de análogos
de nucleotídeos que são incorporados por DNA polimerases e funcionam como terminadores de elongação.
Os análogos, uma vez incorporados, inibem a atividade da DNA polimerase havendo a parada da replicação
do DNA. Para o término da replicação, há mecanismos que permitem a síntese da extremidade das fitas, no
caso de DNA lineares. Em DNA circulares, o término se dá quando duas forquilhas de replicação se
encontram, indicando a síntese completa do DNA.
O DNA dos eucariotos está organizado em cromossomos que são longos e lineares. As pontas dos
cromossomos, chamadas de telômeros, são formadas por sequências repetidas de nucleotídeos e estão
relacionados à estabilidade genômica. Durante os diversos processos de replicação, os telômeros vão
diminuindo de tamanho levando a senescência (morte) celular. Em células germinativas, que possuem alta
atividade de replicação, o tamanho dos telômeros é mantido, graças à ação da enzima telomerase. A
telomerase faz com que os telômeros não se encurtem ao longo das divisões celulares, prolongando (por
meio da adição de nucleotídeos) as pontas dos cromossomos lineares. Essa enzima é uma DNA polimerase
RNA dependente, usando RNA como molde para o prolongamento do telômero.
Atenção!
Após o nosso nascimento, a atividade de telomerase é praticamente nula em todos os tipos celulares, dessa
forma os adultos não sintetizam a telomerase, a não ser que alguma situação reverta essa condição. Isso
pode acontecer em alguns tumores que são capazes de reverter a síntese da telomerase, o queé uma
grande vantagem replicativa, já que a enzima irá atuar na manutenção dos telômeros. Assim, a telomerase
pode ser usada como um alvo interessante em estratégias terapêuticas de combate ao câncer.
Síntese de DNA
Assista agora a um vídeo demonstrativo sobre o processo de síntese do DNA.

Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
A partir da elucidação da estrutura do DNA, os pesquisadores Francis Crick e James Watson
postularam que o mecanismo para a síntese das novas fitas era semiconservativo. A confirmação de
que os pesquisadores estavam certos veio em 1958 a partir dos experimentos de Matthew Meselson e
Franklin Stahl, que cultivaram a bactéria Escherichia coli em meios contendo um isótopo pesado de
nitrogênio (15N) e um nitrogênio com densidade mais leve, o 14N. Como é caracterizada a síntese
semiconservativa de DNA?
A
Na síntese semiconservativa, as duas fitas de DNA recém-formadas originam uma nova
molécula de DNA de fita dupla, permanecendo conservada a molécula usada como
molde.
B
O mecanismo para a síntese semiconservativa utiliza segmentos das moléculas filhas e
das fitas parentais para a construção de uma fita dupla híbrida. As duas fitas de DNA
possuem uma mistura do DNA parental e do DNA recém-sintetizado.
C
Na síntese semiconservativa, a dupla hélice de cada molécula filha de DNA contém um
filamento original e um filamento recém-sintetizado.
D
A síntese semiconservativa se caracteriza pela união da molécula de DNA de fita dupla
(parental) com as duas moléculas filhas recém-formadas, originando a dupla hélice do
DNA.
Parabéns! A alternativa C está correta.
A hipótese de uma replicação semiconservativa foi levantada por Watson e Crick assim que elucidaram
a estrutura do DNA. Porém, antes da comprovação, surgiram as hipóteses de que a molécula de DNA
parental permanecia conservada e o novo DNA era composto pelo pareamento das duas fitas filhas
(mecanismo conservativo). Surgiu também a ideia de que a nova molécula de DNA recém-sintetizada
consistia em duas fitas híbridas (mecanismo dispersivo). Após os experimentos com isótopos de
nitrogênio realizados por Meselson e Stahl, foi comprovada a hipótese da semiconservação, na qual a
molécula filha de DNA é uma dupla hélice formada por uma fita parental e outra fita recém-sintetizada.
Questão 2
A síntese do DNA é um mecanismo fundamental para a transmissão do material genético. Durante o
processo de replicação, a enzima DNA polimerase constrói a nova fita com base no molde (fita
parental), cuja complementariedade das bases (A,T,C,G) determina qual nucleotídeo será adicionado.
Para conseguir adicionar nucleotídeo, a DNA polimerase precisa de uma extremidade 3’-OH livre e por
isso a síntese só ocorre no sentido 5’-3’. Nesse contexto, como é possível que a síntese das fitas filhas
ocorra simultaneamente?
E Na síntese semiconservativa, a fragmentação da fita descontínua, durante o processo
de replicação, permite que pedaços dessa fita sejam incorporados ao DNA parental.
A
A síntese das duas novas fitas ocorre simultaneamente, pois a DNA polimerase quebra
uma das fitas em pequenos pedaços que então é religada pelas topoisomerases.
B
Uma das fitas filhas é sintetizada continuamente, enquanto a outra é polimerizada de
forma descontínua, por meio de diversos fragmentos (fragmentos de Okasaki).
C
As duas fitas filhas não são sintetizadas ao mesmo tempo, pois a DNA polimerase se
dissocia facilmente do DNA.
D
Os fragmentos de Okasaki são a solução para a síntese simultânea das fitas filhas. As
duas fitas são sintetizadas a partir de diversos fragmentos de Okasaki.
Parabéns! A alternativa B está correta.
As fitas que compõem a dupla hélice do DNA possuem polaridades opostas (5’ – 3’ e 3’ – 5’). Como a
DNA polimerase sintetiza apenas no sentido 5’- 3’, as novas fitas crescem em sentidos opostos, sendo
que uma delas cresce de forma contínua e a outra de forma descontínua. A descontinuidade ocorre
porque a fita é sintetizada em pequenos pedaços, os fragmentos de Okasaki, que precisam ser unidos
após o fim da replicação.
2 - Transcrição em eucariotos e procariotos
Ao �nal deste módulo, você será capaz de distinguir as etapas envolvidas na transcrição de
eucariotos e procariotos.
E
A fita contínua é polimerizada pela DNA polimerase com atividade replicativa, enquanto
a fita descontínua é formada pela ação da DNA polimerase com atividade de
exonuclease, permitindo a síntese das duas fitas ao mesmo tempo.
Dogma central
O DNA é o material genético transmitido de pai para filho que contém toda a informação necessária para
determinar as nossas características, sejam elas físicas ou metabólicas.
O DNA está presente nos cromossomos, os quais estão presentes nos núcleos celulares, localizados nas
células do nosso corpo. Como o DNA é capaz de passar suas informações adiante para que se transforme
em uma característica? No DNA há sequências específicas de tamanhos limitados que dão origem a um
produto funcional, os chamados genes. A partir da informação contida em cada gene é possível a síntese de
diferentes proteínas que vão ditar como serão as características do indivíduo.
Para que aconteça a produção da proteína, a informação do gene precisa ser transcrita e posteriormente
traduzida para que de fato o produto (proteína) seja formado. Então, a informação do DNA é transcrita em
RNA e traduzida em proteínas. Esse fluxo de informação é conhecido como dogma central da biologia.
O RNA e suas classes
O ácido ribonucleico (RNA), assim como o DNA, é constituído basicamente por quatro tipos de nucleotídeos
que se diferem quanto às bases nitrogenadas. O açúcar que compõe o RNA é a ribose, e suas bases
nitrogenadas são adenina, citocina, guanina e uracila. A uracila é uma base exclusiva e substitui a timina.
São de fita simples (na maioria das vezes) e podem assumir estruturas de dobramento (formando dupla
hélice) mesmo sendo de fita simples. Basicamente há duas classes de RNA:
É o RNA mensageiro (mRNA) o responsável por ler e transportar até os ribossomos as informações
contidas nos genes.
Codificantes 
Funcionais 
São aqueles que não codificam proteínas. O RNA transportador (tRNA) e o RNA ribossômico (rRNA)
também fazem parte da expressão genética, embora não sejam codificantes. O tRNA leva os
ingredientes necessários (aminoácidos) para a construção das proteínas até rRNA, que é um
componente estrutural dos ribossomos, e quem de fato sintetiza as proteínas. Pequenos RNAs
nucleares (snRNA) participam no processamento de outros RNAs. Os chamados microRNAs, RNAs
curtos de transferência (siRNA) e RNAs longos não codificadores (lncRNA) são importantes no
controle da expressão gênica.
Mecanismos básicos de transcrição
A transcrição é o processo de síntese de uma molécula de ácido ribonucleico (RNA) que é complementar à
uma fita de DNA. A síntese ocorre na mesma direção da replicação (5’ – 3’) e a molécula de RNA formada
também é antiparalela, ou seja, está no sentido oposto à polaridade da fita molde de DNA. A transcrição é a
etapa inicial da expressão gênica e onde ocorre grande parte da regulação da expressão.
Promotores
A região do genoma que define o gene é maior do que a sequência que de fato codifica a proteína. Isso
porque o gene é composto por três regiões:
Promotora
É a parte inicial do gene, atuando como um marcador desse gene por meio de sequências específicas de
DNA. É ele que sinaliza o local em que deve ser formado o complexo de transcrição.
Codi�cante
É a sequência que de fato será transcrita e que contém a informação necessária para a síntese da proteína.
Terminalizadora
Consiste em uma sequência de DNA contendo informações que promovem o encerramento da transcrição e
permite a liberação do RNA transcrito.
Todo promotor possui uma sequência específica de DNA que é importante para determinar o local de início
da transcrição.
As regiões promotoras possuem sequências básicas que se repetem nos genes,sendo denominadas de
sequências consenso. A sequência consenso mais famosa, que está presente nos procariotos e nos
eucariotos, é a chamada TATA box que contém seis pares de bases (TATAAT).
Nos procariotos, os genes se encontram estruturados de forma diferente dos eucariotos. Vários genes
possuem o controle de um mesmo promotor, o que significa que quando esse promotor é acionado para dar
início à transcrição, todos os genes que ele controla são transcritos. Esses genes são denominados de
policistrônicos. Já nos eucariotos, os genes são denominados de monocistrônicos, pois cada promotor
controla um único gene.
RNA polimerase
A enzima responsável por catalisar a síntese do RNA é a RNA-polimerase, que diferentemente da DNA-
polimerase não necessita de um iniciador (primer) para dar início à transcrição. Os seres procariotos
(bactérias e arqueas) possuem somente um tipo de RNA-polimerase, responsável pela transcrição de todos
os RNA.
A RNA-polimerase possui múltiplas subunidades, sendo a bacteriana composta por
cinco subunidades distintas: αI e αII (alfa), β (beta), β’ (beta’) e ω (ômega).
O complexo formado por essas cinco proteínas, chamado de complexo central, é suficiente para a síntese
de RNA desde que haja a fita molde e ribonucleotídeos. Porém o complexo central não é capaz de
reconhecer o promotor, logo, é necessária a adição de uma outra proteína (fator sigma σ), que será
responsável por se ligar ao promotor e permitir o início da transcrição.
Complexo central + fator sigma = holoenzima
Os eucariotos têm três RNA polimerases (RNAPI, RNAPII, RNAPIII) que sintetizam diferentes classes de
RNA. A RNA polimerase II transcreve os genes para a síntese do RNA mensageiro, que posteriormente será
traduzido em proteínas. Diferentemente do que ocorre nos procariotos, a RNA polimerase não se liga
diretamente ao promotor, e sim ao conjunto de proteínas chamado de fatores gerais de transcrição. Esses
fatores possuem como função primordial atrair a RNA polimerase para a região da transcrição e a
posicionar no local correto.
O processo de transcrição
A RNA polimerase utiliza etapas bem definidas na transcrição de um gene. Essas etapas são agrupadas em
três fases: início, alongamento e término. No início da transcrição, a RNA polimerase se liga ao promotor
(mas não o reconhece) ou a proteínas específicas (fatores de transcrição que serão discutidos
posteriormente). Assim como na replicação, a dupla hélice do DNA precisa ser aberta no local onde se inicia
a transcrição. O rompimento das pontes de hidrogênio entre as fitas do DNA forma a chamada bolha de
transcrição, que é uma região de aproximadamente 18 pares de bases. Com a abertura da dupla hélice do
DNA, as fitas ficam acessíveis na bolha de transcrição; uma delas será usada como fita codificadora, e a
outra como fita molde. A fita codificadora é onde se encontra o gene que vai ser transcrito. A localização
desse gene pode variar entre as fitas, tudo depende de qual proteína precisa ser sintetizada, para que o gene
que codifica essa proteína seja acionado e transcrito.
O RNA mensageiro que será formado precisa ser igual ao gene, ou melhor, igual à região codificante desse
gene, diferenciando-se somente pela presença da uracila. Então, para que o mRNA seja igual ao gene (que
está na fita codificadora), a RNA polimerase usa a outra fita de DNA (fita molde) para fazer a síntese. Na
transcrição, os ribonucleotídeos (ATP, UTP, CTP, GTP) são adicionados sequencialmente à cadeia crescente
de RNA. O sentido da transcrição é o mesmo da replicação, ou seja, sempre ocorre na direção 5’ – 3’. A
transcrição é bem menos precisa que a replicação, ocorrendo um erro a cada 104 ribonucleotídeos
adicionados, enquanto na replicação o erro é a cada 107 nucleotídeos. Ao final do processo de transcrição,
o mRNA é liberado e direcionado ao citoplasma para ser traduzido. Veja as imagens (nelas rNTPS significa
ribonucleotídeos):
Transcrição em procariotos
Para o início da transcrição, o fator sigma presente na RNA polimerase reconhece o promotor do gene que
será transcrito e se liga a ele. A RNA polimerase dá início à síntese colocando o primeiro nucleotídeo
(normalmente uma purina – A ou G) sobre a cadeia molde de DNA. Quando a cadeia de RNA que está sendo
formada alcança de 8 a 10 pares de bases, o fator sigma se desprende da RNA polimerase, que continua a
síntese. A fase do alongamento se inicia, na qual a RNA polimerase dá continuidade à adição de
nucleotídeos à cadeia que está sendo formada. Como há complementariedade entre as bases, um híbrido
de DNA/RNA é formado na transcrição.
O término do processo pode ocorrer por meio da chamada terminação intrínseca, na qual se forma um
grampo na fita simples do RNA recém-formado, ou por meio da terminação que é dependente de uma
proteína chamada Rho. Sugere-se que essa proteína aja empurrando a RNA polimerase e com isso libere o
RNA transcrito ou interrompa a ação da RNA polimerase por mudanças conformacionais provocadas na
enzima.
Transcrição em eucariotos
O início da transcrição em eucariotos só ocorre depois que todos os fatores de transcrição necessários
estejam corretamente montados e só então a RNA polimerase se liga a eles para começar a síntese de RNA.
Um exemplo de fator de transcrição é o TFIID (fator geral de transcrição), que reconhece a sequência
consenso TATA e se liga a ela por meio da sua subunidade TBP (TATA-binding protein = proteína de ligação
ao TATA). A união dos fatores de transcrição e a RNA polimerase constituem o complexo de pré-iniciação.
Depois da montagem de todos os fatores de transcrição e da chegada da RNA polimerase, ainda é
necessária uma última etapa para que a transcrição propriamente dita ocorra. A RNA polimerase contém
uma cauda proteica que sofre uma fosforilação (adição de fosfato), isso faz com que a RNA polimerase
então dispare a transcrição. Essa cauda é denominada de cauda carboxiterminal (CDT) e a sua fosforilação
é o sinal para o início da transcrição.
Depois do início da transcrição, inicia-se a fase de alongamento, na qual grande parte dos fatores de
transcrição é liberada e em seu lugar outro conjunto de fatores, os chamados fatores de alongamento, é
adicionado. Ao final do processo de transcrição, é obtido um mRNA primário (pré-mRNA), que precisa sofrer
modificações para se tornar um mRNA maduro e funcional para a síntese de proteínas. Essas modificações
são chamadas de processamento de RNA e iniciam-se com adição de um grupo 7-metilguanilato à
extremidade 5’ do pré-mRNA. A formação do chamado cap 5’ protege o mRNA da degradação enzimática e
auxilia no transporte para o citoplasma.
A extremidade 3’ do pré-mRNA recebe uma fita de nucleotídeos com base adenina, denominada de cauda
poli (A), que auxilia no transporte do mRNA para o citoplasma e faz parte da sinalização para o
reconhecimento pelo ribossomo.
Outra etapa do processamento é o splicing do RNA. O gene eucariótico possui múltiplos íntrons, que são
partes não codificadoras, isto é, não possuem a informação para a síntese de proteínas. As regiões do gene
que contêm essa informação são os éxons. O splicing do pré-mRNA consiste na remoção dos íntrons e na
união dos éxons codificadores. Esse processo possui uma grande vantagem, pois o pré-mRNA de diversos
genes podem sofrer o splicing de maneiras distintas, gerando diferentes mRNAs. Com isso, diferentes
proteínas podem ser obtidas a partir de um mesmo gene, caracterizando o chamado splicing alternativo.
Diferença da transcrição em procariotos e eucariotos
Veja agora uma explicação sobre a diferença deste processo de transcrição.

Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
A expressão gênica consiste em utilizar a informação contida em um gene e transformá-la em um
produto funcional como as proteínas. Para que isso ocorra é necessário um sistema complexo
contendo DNA, RNA, enzimas, proteínas e diversos outros fatores. A transcrição do DNA em mRNAé
uma das primeiras etapas para a expressão do gene. Com base no que você aprendeu sobre
transcrição, marque a alternativa correta.
A
A transcrição do DNA consiste na separação da dupla hélice do DNA, cópia das fitas
moldes e síntese das moléculas filhas.
Parabéns! A alternativa E está correta.
O RNA mensageiro (mRNA) é uma cópia fiel (com exceção da presença da base nitrogenada uracila) da
região codificadora do gene, que contém a informação necessária para a síntese proteica. Por meio da
ação da RNA polimerase e de diversos outros fatores o mRNA é sintetizado e a informação que ele
carrega será transportada até os ribossomos, os responsáveis pela produção de proteínas.
Questão 2
A RNA polimerase é a enzima que catalisa a adição de ribonucleotídeos à cadeia crescente de mRNA
durante a transcrição. A síntese de RNA pela RNA polimerase acontece em organismos procarióticos e
eucarióticos, porém, em ambos, a RNA polimerase só é capaz de iniciar a transcrição na presença de
outros fatores.
B
No processo de transcrição, a informação contida no gene é codificada e transmitida
para os ribossomos por meio dos tRNAs.
C
O mecanismo básico da transcrição consiste em copiar somente a informação dos
genes policistrônicos.
D
A síntese do mRNA se caracteriza pela cópia da fita molde do DNA, isto é, a fita que
contém o gene.
E
Tanto na transcrição dos procariotos quanto dos eucariotos, o mRNA é o grande
responsável por ler e transportar a informação contida no gene para os ribossomos.
A
No caso dos procariotos, o fator sigma precisa se associar à RNA polimerase, pois é ele
que reconhece o promotor do gene.
B
Nos eucariotos, é necessária a adição de uma cauda rica em adenina (cauda poli A)
para que a RNA polimerase inicie a transcrição.
Parabéns! A alternativa A está correta.
Nos procariotos, a RNA polimerase não é capaz de reconhecer qual gene deve ser transcrito. Essa
tarefa é realizada por uma proteína, chamada de fator sigma, que se liga à RNA polimerase e então
reconhece o gene (promotor) que a enzima precisa transcrever. Nos casos dos eucariotos, essa tarefa é
realizada por inúmeros fatores de transcrição que se associam ao promotor, e a RNA polimerase se une
à estrutura formada.
C
A RNA polimerase precisa primeiramente reconhecer a região consenso chamada de
TATA box para iniciar a transcrição.
D
Nos procariotos, a RNA polimerase precisar se associar à proteína Rho, e é o fator
sigma que reconhece o promotor.
E
Nos procariotos e eucariotos, a RNA polimerase precisa das proteínas αI e αII (alfa), β
(beta), β’ (beta’) e ω (ômega) para se ligar ao promotor.
3 - Tradução e código genético
Ao �nal deste módulo, você será capaz de reconhecer os mecanismos envolvidos no processo
de síntese de proteína.
O RNA e a síntese de proteínas
A tradução, também denominada de síntese de proteínas, é o processo no qual proteínas são formadas a
partir da síntese de polipeptídeos realizada pelos ribossomos. Cada aminoácido adicionado à proteína
nascente é trazido por um RNA transportador (tRNA), cujo anticódon é pareado com o códon presente no
RNA mensageiro (mRNA). A trinca [FdST1] de nucleotídeos do mRNA, os chamados códons, determinam
qual aminoácido deve ser adicionado à cadeia polipeptídica para a formação da proteína. A informação
presente no mRNA, obtida no DNA, está na forma de nucleotídeos e precisa ser traduzida em outra
linguagem, a dos aminoácidos, para que a síntese de proteínas aconteça.
RNA mensageiro e RNA transportador
O DNA armazena toda a informação para a síntese de proteínas, e o RNA mensageiro carrega essa
informação que foi transcrita. A leitura do mRNA é feita de três em três nucleotídeos. Cada trinca de
nucleotídeos é chamada de códon, e cada códon especifica um determinado tipo de aminoácido. Em outras
palavras, cada aminoácido é codificado por um ou mais códons. O mRNA contém as sequências que serão
traduzidas, mas também contém as sequências de sinalização, que indicam o início e o fim da tradução. Na
maior parte dos mRNAs, o códon de início é o AUG, que especifica o aminoácido metionina. Já os códons
UAA, UGA e UAG não especificam aminoácidos, constituindo códigos de parada.
O RNA transportador ou de transferência é o grande responsável por decifrar uma informação e transformá-
la em outra. Cada aminoácido tem o seu conjunto de tRNAs, os quais se ligam ao aminoácido e o
transportam à cadeia polipeptídica crescente. O tRNA com o seu aminoácido só se dirige ao ribossomo
quando convocado por ele. Os tRNAs são moléculas que possuem o chamado anticódon, sequência de
nucleotídeos que é complementar ao códon presente no mRNA. Também apresentam uma sequência 5’-
CCA-3’, que é por onde os aminoácidos se ligam. As enzimas responsáveis por ligar os tRNAs aos
aminoácidos são as aminoacil-tRNA sintetases.
Ribossomo
O ribossomo é composto por duas subunidades, uma maior e uma menor, e ambas são formadas por um ou
mais RNAs e por várias proteínas. A unidade maior contém o chamado centro da peptidil-transferase, que é
responsável pela formação das ligações peptídicas entre os aminoácidos. Já a subunidade menor contém o
centro de decodificação, no qual os tRNAs carregados com aminoácidos leem os códons do mRNA.
Os ribossomos contêm quatro sítios de ligação, um localizado na subunidade menor, que é o sítio de ligação
ao mRNA, e os outros três, denominados de sítios A, P, E, localizam-se na subunidade maior. O sítio A é o
local onde o tRNA se encaixa no ribossomo, o sítio de ligação P é onde se associa o tRNA ligado ao
polipeptídeo em crescimento e o sítio E é por onde o tRNA, livre de aminoácido, sai do ribossomo.
Tradução
Como vimos, a síntese de proteínas costuma ser dividida em três etapas: iniciação, alongamento e término.
O sítio de início da síntese no mRNA possui papel importantíssimo, pois a partir dele é determinada a fase
de leitura de toda mensagem. Um códon específico (AUG) e um tRNA especial são necessários para o início
do processo. Esse tRNA, chamado de iniciador, carrega sempre o aminoácido metionina (no caso dos
procariotos, a metionina está em uma forma modificada – formilmetionina).
Nos procariotos, o início do processo de tradução se dá com a ligação da subunidade menor do ribossomo
ao mRNA, que ocorre em uma região específica do mRNA, conhecida como sequência de Shine-Dalgarno.
Essa sequência consiste em seis bases (AGGAGG) e se localiza em torno de sete nucleotídeos antes do
códon de iniciação (AUG). Proteínas auxiliares recrutam o tRNA iniciador já carregado com a metionina
formilada, e este se emparelha com o mRNA por meio de pontes de hidrogênio formadas entre o códon
(mRNA) e o anticódon (tRNa). Esse pareamento recruta a unidade maior do ribossomo, que então se
completa.
O início da síntese de proteínas nos eucariotos se dá com a complexação do tRNA iniciador com a
metionina que então se liga à subunidade menor do ribossomo juntamente com proteínas chamadas de
fatores de iniciação eucarióticos. A região cap 5’ do mRNA é reconhecida pela subunidade menor que se
acopla nesse local e move-se no mRNA para frente (sentido 3’) até encontrar a primeira sequência iniciadora
(AUG). A subunidade maior se associa a esse complexo, e a tradução de fato é iniciada. Veja o início da
síntese de proteínas:
A etapa de alongamento em eucariotos e procariotos é bastante semelhante. Lembra que o ribossomo tem
três sítios de ligação na subunidade maior? O primeiro sítio a ser usado pelo tRNA iniciador é o sítio P, e o
sítio A fica posicionado no segundo códon do mRNA, determinando qual o próximo aminoácido deve ser
trazido pelo tRNA. Ao chegar ao mRNA, o tRNA carregado com o aminoácido específico se associa ao
códon e se posiciona no sítio A do ribossomo. O ribossomo catalisa a formação da ligação peptídica entre a
metionina e o novo aminoácido. O tRNA já sem a metionina é transferido para o sítio de ligação E, e o tRNA
contendo os aminoácidos vai para o sítio P, deixando livre o sítio A.
O ribossomo semove sobre o mRNA de forma que o sítio A livre se encaixe no próximo códon, que
determinará qual o próximo aminoácido a ser trazido pelo tRNA. O processo se repete, ao passo que os
tRNAs que se localizam no sítio E vão sendo liberados, o que permite que o sítio A fique disponível para o
próximo aminoacil tRNA (tRNA carregado com um aminoácido).
A figura a seguir apresenta o processo da síntese proteica. Observa-se o ribossomo ligado ao mRNA pela
sua subunidade menor e os três sítios de ligação da subunidade maior (A, P e). A cadeia polipeptídica
crescente no tRNA presente no sítio de ligação P é posteriormente transferida para o tRNA do sítio de
ligação A. O ribossomo catalisa a ligação peptídica entre o aminoácido (tRNA no sítio A) e a cadeia que está
sendo formada. Os aminoacil tRNA (carregados com os aminoácidos) se ligam ao sítio A. O sítio E é
ocupado pelo tRNA que está no sítio P depois que este fica livre do aminoácido. Os tRNAs vão sendo
liberados do sítio E para que o sítio A fique livre para receber um novo tRNA carregado. Veja como funciona
a síntese proteica:
Veja na imagem os polirribossomos, em que vários ribossomos ligados à molécula de mRNA sintetizam
cadeias polipeptídicas.
O término da tradução ocorre quando o ribossomo encontra um dos códons de parada (UAG, UAA, UGA) no
mRNA. Esses códons não possuem nenhum tRNA correspondente, sendo reconhecidos por fatores
proteicos que serão responsáveis por liberar a cadeia polipeptídica pronta do tRNA, expulsar o último tRNA
do ribossomo e, por fim, desligar o ribossomo do mRNA.
Código genético
Como visto anteriormente, os RNAs transportadores reconhecem o códon, que é um grupo de três
nucleotídeos, no mRNA. Por meio do reconhecimento do códon, identifica-se qual aminoácido precisa ser
adicionado à cadeia polipeptídica que está sendo formada. Os nucleotídeos do mRNA, por sua vez, foram
obtidos por meio da complementariedade de bases com uma das fitas do DNA, copiando a informação
presente no gene. O gene então constitui-se de uma sequência de nucleotídeos presente no DNA. A questão
levantada por muito tempo foi sobre como a sequência nucleotídica do DNA pode determinar a ordem dos
aminoácidos para a produção de proteínas. Somente na década de 1960 veio a resposta para essa pergunta,
afinal o código genético tinha sido decifrado!
O código genético permite que as células produzam proteínas a partir de sequências de bases no DNA. Ao
todo, existem 20 aminoácidos que são codificados por quatro nucleotídeos. Como esses nucleotídeos se
encontram em códons, combinações de três nucleotídeos, é possível um total de 64 combinações
diferentes (4 x 4 x 4).
Desses 64 códons, três deles são códons de parada que não codificam para nenhum aminoácido, logo, há
61 códons que especificam 20 aminoácidos. E como saber qual códon corresponde a qual aminoácido? Se
há 20 aminoácidos como fica a relação com os códons, já que se tem 61?
A tabela abaixo contém todas as 64 combinações possíveis. A primeira base do códon corresponde as
linhas (lado esquerdo da coluna), a segunda base (parte superior da coluna) corresponde às colunas da
tabela, e a última base (lado direito da coluna) indica de fato o aminoácido especificado pelo códon:
Por exemplo, para saber qual aminoácido o códon ACG especifica, vamos à tabela. A primeira base do
códon é A, então olha-se no lado esquerdo da tabela, escolhendo a linha correspondente ao A. O nucleotídeo
da segunda posição é o C, escolhe-se a coluna correspondente ao C, localizando então a região que está o
nucleotídeo na tabela. Como todos os códons presentes nessa região especificam para a treonina (Thr), não
é preciso olhar a última base, mas, se fosse necessário, bastava ir ao lado direito da tabela e encontrar a
linha correspondente à base G.
Como é possível notar na tabela, a maioria dos aminoácidos possui mais de um códon que o identifica,
como no caso da treonina que é especificada pelos códons ACU, ACC, ACA e ACG que acabamos de ver no
exemplo apresentado anteriormente. Assim, o código genético é denominado de degenerado ou redundante,
pois mais de um códon podem determinar o mesmo aminoácido que será inserido na cadeia polipeptídica.
Uma das características principais do código genético é o fato de ser praticamente o mesmo para todos os
organismos vivos, com pouquíssimas variações, sendo chamado de código “quase” universal. Por exemplo,
o códon ACG especifica para o aminoácido treonina no ser humano, mas também nas aves, nos vegetais e
nas bactérias. Essa universalidade do código sugere que ele deve ter sido estabelecido muito cedo na
evolução.
Processo de tradução em procariotos e eucariotos

Assista agora a uma explicação sobre como as três etapas do processo de tradução em procariotos e
eucariotos.
Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
A tradução consiste na síntese de proteínas pelos ribossomos a partir da leitura das informações
contidas no RNA mensageiro. O responsável por traduzir a informação para os ribossomos é o tRNA,
que identifica o aminoácido que deve ser adicionado à cadeia polipeptídica crescente. Como o mRNA
fornece a informação para o tRNA?
A O mRNA fornece a informação a partir dos anticódons presentes na sua molécula.
B
A informação é fornecida por meio da subunidade menor dos ribossomos, que é capaz
de enviá-la aos tRNAs.
C
O mecanismo básico da transcrição consiste em copiar somente a informação dos
genes policistrônicos.
Parabéns! A alternativa D está correta.
O RNA mensageiro (mRNA) consiste em ribonucleotídeos sintetizados a partir da cópia da fita
complementar do DNA. Logo, a informação que contém na sua molécula está na forma de
nucleotídeos. A partir do código genético, foi verificado que os códons (trinca de nucleotídeos) que
dizem qual aminoácido deve ser adicionado ao polipeptídeo que está sendo formado.
Questão 2
O código genético começou a ser desvendado em 1961 pelo bioquímico Marshall W. Nirenberg e seus
colegas. Nessa época, já se sabia que três nucleotídeos correspondiam a um aminoácido, porém
somente em 1965 é que o código genético foi total decifrado, verificando-se que ele era degenerado.
Por que o código genético é degenerado?
D A informação é fornecida por meio dos códons, que são grupos de três nucleotídeos
presentes na molécula de mRNA.
E
Tanto na transcrição dos procariotos e dos eucariotos, o mRNA é o grande responsável
por ler e transportar a informação contida no gene para os ribossomos.
A Porque cada códon especifica vários aminoácidos.
B Porque não contém genes como o DNA.
C Porque vários códons especificam o mesmo aminoácido.
D Porque a partir do código é possível sintetizar proteínas.
E Porque os anticódons se emparelham com os códons.
Parabéns! A alternativa C está correta.
Ao ser desvendado, foi identificado que o código genético era degenerado ou redundante, o que
significa dizer que cada aminoácido é especificado por mais de um códon. Em outras palavras, mais de
um códon remete ao mesmo aminoácido.
4 - Mutação e reparo no DNA
Ao �nal deste módulo, você será capaz de identi�car as principais mutações que ocorrem no
DNA e o seu mecanismo de reparo.
Mutações
Mutações são definidas como qualquer alteração causada na sequência de DNA e que se perpetua para a
próxima geração. Os danos causados por algumas mutações podem afetar o funcionamento da célula ou
mesmo causar a sua morte; dessa forma, modificações nas sequências de DNA devem ser evitadas. É
importante ressaltar, porém, que muitas vezes as mutações são valiosas, pois modificações nos genes
permitem variação do material genético em uma população, que é peça-chave na evolução adaptativa dos
seres vivos.
As mutações causadas no DNA podem ser de origem espontânea, caracterizada por mutações provocadas
pelo próprio metabolismo celular, cuja ocorrência é natural, e por interações com o meio ambiente. Em
contrapartida, as chamadas mutações induzidas são provocadas poragentes mutagênicos físicos e
químicos.
Mutações espontâneas
Erros durante a replicação
Como você já deve ter visto, o processo de replicação é extremamente eficiente, apresentando uma taxa de
erros baixíssima (aproximadamente um nucleotídeo a cada 109 a 1010 nucleotídeos incorporados). Um erro
que pode ocorrer durante a replicação é a adição de um nucleotídeo errado. Por exemplo, em vez de ser
incorporada uma timina para parear com uma adenina da fita molde, é adicionada guanina, ocorrendo uma
falha no pareamento das bases. No geral, esse tipo de erro é corrigido pela DNA polimerase com atividade
de exonuclease, que remove a base errada mal pareada, permitindo a continuação da replicação. Essa
revisão (proofreading) da DNA polimerase durante a replicação é uma das grandes responsáveis pela alta
eficiência do processo replicativo.
Na figura a seguir, observamos a DNA polimerase identificando o erro, e a exonuclease retirando o
nucleotídeo incorreto. O nucleotídeo correto é incorporado pela DNA polimerase, permitindo a continuação
do processo de replicação:
Como observado na figura, o DNA recém-sintetizado contém um nucleotídeo pareado erroneamente e em
seguida ocorre a correção.
A adição do nucleotídeo errado pode não ser detectada a tempo por uma DNA polimerase e o erro acabar
sendo replicado. Nesse caso, uma molécula filha permanece com o par de bases correto em determinado
ponto, enquanto a outra molécula recebe o par de bases em que ocorreu o erro, perpetuando para as
próximas gerações. Um fato importante que provoca um aumento na ocorrência no mal pareamento é que
as bases do DNA podem assumir diferentes formas, denominadas de tautômeros.
Os erros de replicação gerados por mal pareamento originam as chamadas mutações pontuais. O mal
pareamento pode induzir a criação de um novo códon, que corresponderá a um aminoácido diferente na
proteína. Essa mutação é denominada mutação com sentido trocado. Outro problema que pode surgir com
o pareamento errado dos nucleotídeos é a criação de um códon de parada. A presença desse códon
provoca uma interrupção prematura do processo de tradução. Esse tipo de mutação recebe o nome de
mutação sem sentido.
Há ainda a chamada mutação silenciosa, que é caracterizada por uma mutação pontual, alterando um
códon, porém não afeta o aminoácido que ele especifica. Outro tipo de mutação pontual está relacionado
com a adição ou deleção de alguns pares de bases, sendo denominadas de mutações que modificam a
leitura, pois alteram a leitura de todos os códons.
Na imagem, verifique que o “A” é o Códon original, o “B”, a mutação silenciosa, o “C”, a mutação sem sentido
e o “D” a mutação com sentido:
Alterações de nucleotídeos
Mutações espontâneas no DNA também podem ser causadas por agentes mutagênicos ambientais. Os
tipos de alterações que ocorrem mais frequentemente e que podem ser citados são:
Desaminação
É uma lesão hidrolítica na qual a base, principalmente a citosina, perde seu grupo amino (-NH2). A
consequência é a modificação das propriedades de emparelhamento das bases. Nesse caso, ao perder seu
grupo amino, a citosina é transformada em uracila.
Perda de bases
É promovida pela quebra da ligação N-glicosídica (ligação existente entre a base nitrogenada e o açúcar). A
perda da base permite que qualquer um dos quatro nucleotídeos sejam incorporados no DNA, já que a base
que orientava o processo foi perdida.
Fotodimerização
Consiste na formação de ligações covalentes entre resíduos de pirimidinas no DNA. Isso é causado pela
ação da luz ultravioleta (UV). A consequência disso é a formação de dímeros de pirimidina na fita molde do
DNA, impedindo a ação das DNA polimerases e a formação de uma nova fita.
Mutações induzidas quimicamente
Os agentes mutagênicos aumentam a taxa de mutação de um organismo. Alguns desses agentes são
compostos análogos de base, ou seja, são capazes de substituir as bases normais, levando à erro na
replicação. O problema das bases análogas é que elas são incorporadas ao DNA durante a replicação, já
que são estruturalmente semelhantes às bases, aumentando a frequência das mutações causadas por
pareamento errados. Existem outros agentes mutagênicos que se inserem entre as bases do DNA,
provocando erros na replicação, são os chamados agentes articulantes.
Reparo do DNA
As mutações nas sequências de DNA precisam ser evitadas. Para isso, o reparo de erros no pareamento de
bases e as lesões no DNA causadas por modificações químicas precisam ser reparadas antes que a
mutação seja replicada para a próxima geração e os mecanismos de reparo não sejam mais eficazes. Os
tipos de reparo e reversão são:
É necessário quando há um erro de emparelhamento entre duas bases. A questão é que não há
certeza de qual base foi inserida erradamente, pois o que se detecta é somente o pareamento errado,
e não a base que está errada. Dessa forma, se a remoção da base com erro ocorrer, a reparação será
um sucesso. Por outro lado, se a base correta for removida, ocorrerá a mutação.
É caracterizada pela remoção da lesão. Esse tipo de reparo ocorre em lesões provocadas pela
radiação ultravioleta.
É feito pela ação das enzimas glicosilases que hidrolisam a ligação N-glicosídica existente entre a
base nitrogenada que está errada e o açúcar do nucleotídeo, eliminando essa base do DNA. A perda
Reparo de erros por mal emparelhamento 
Reversão direta da lesão 
Reparo por excisão de bases 
da base gera a formação de um sítio apurínico ou apirimidínico, que é ocupado pela enzima
endonuclease que reconhece o defeito e cliva o DNA que posteriormente é clivado por uma
exonuclease. O preenchimento da lacuna é feito pela DNA polimerase e a DNA ligase faz a
restauração da fita.
Uma variedade de lesões é removida por meio do reparo por excisão de nucleotídeos, que consiste
na remoção da sequência de nucleotídeos que está danificada. Essa remoção é feita por enzimas
nucleases que catalisam as ligações fosfodiéster existentes entre os nucleotídeos, removendo-os.
Nesse tipo de lesão, que pode ser causada por radiação ionizante e alguns fármacos
anticancerígenos, há quebra da fita dupla do DNA. O mecanismo para a reparação consiste na
retirada de informações da sequência de DNA da outra fita que está se replicando na mesma
forquilha da fita danificada ou da sequência de fitas presentes em cromossomos homólogos. Esse
reparo é caracterizado por um processo de recombinação. A DNA polimerase deixa “em branco” um
pedaço da fita recém-sintetizada que será preenchido com o DNA homólogo ou DNA da outra fita,
por meio de uma recombinação.
Tipos de reparo do DNA
Veja agora uma explicação sobre as mutações nas sequências de DNA e porque existe o reparo de erros de
DNA.
Reparo por excisão de nucleotídeos 
Reparo de quebra de fita dupla 

Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
Os erros gerados pelo mal emparelhamento entre um par de bases pode ser perpetuado e se tornar
uma mutação se não for corrigido antes da replicação da sequência que contém a base errada. Os
problemas causados por mutações podem interferir nas sequências dos códons, afetando o produto
final, a proteína. Com relação a isso, assinale a alternativa correta.
A
A mutação silenciosa altera a sequência dos códons, que corresponderão a um
aminoácido diferente.
B
As mutações que podem ocorrer pelo mal emparelhamento das bases não alteram os
códons propriamente ditos, e sim o tRNA que carregará para o ribossomo um
aminoácido diferente.
C
A mutação pode formar códons de parada, o que causa uma interrupção tardia do
processo de tradução.
D
A mutação sem sentido se caracteriza pela formação de um códon que irá especificar
para um aminoácido diferente.
E
A mutação com sentido trocado é caracterizada por uma modificação em uma das
bases do códon que irá especificar um aminoácido diferente.
Parabéns! A alternativa E está correta.
A mutação com sentido trocado ocorre quando um nucleotídeoé trocado por outro e essa troca
modifica a composição de uma trinca de nucleotídeo (códon) que então passa a especificar outro
aminoácido, sendo incorporado erroneamente à proteína.
Questão 2
As mutações induzidas são geradas pela ação de um agente mutagênico químico ou físico. Os agentes
mutagênicos são capazes de alterar a taxa de mutação normal de um organismo. As substâncias 5-
bromouracila, por exemplo, são capazes de substituir uma timina durante a replicação, graças à sua
semelhança com essa base. Com relação às mutações e aos agentes mutagênicos, assinale a
alternativa correta.
A
Um agente mutagênico bastante conhecido são as bases análogas, que consistem em
moléculas estruturalmente semelhantes a uma das quatro bases nitrogenadas.
B
A desaminação é a substituição da citosina por uma base análoga, o que modifica as
propriedades de emparelhamento das bases.
C
Uma base análoga indutora de mutação é responsável por modificar a estrutura de uma
base nitrogenada.
D
As bases análogas conseguem substituir as bases nitrogenadas, pois são capazes de
formar diferentes tautômeros. Esse tipo de mutação não é causado por um agente
mutagênico, pelo contrário, ocorre naturalmente.
E
A quebra da ligação N-glicosídica entre a base nitrogenada e o açúcar provoca a perda
da base. As bases análogas só conseguem substituir uma base nitrogenada depois que
esta for retirada do nucleotídeo.
Parabéns! A alternativa A está correta.
Alguns agentes mutagênicos são compostos análogos de base, ou seja, são capazes de substituir as
bases normais, levando a um erro na replicação. Por serem estruturalmente semelhantes as bases
nitrogenadas, as bases análogas podem erroneamente ser incorporadas ao DNA durante a replicação,
gerando a mutação.
Considerações �nais
A informação genética, que está armazenada no DNA, é transferida para as células filhas por meio da
replicação do DNA. A expressão dessa informação ocorre por meio da transcrição em mRNA, que precisa
ser traduzida em cadeias polipeptídicas, as proteínas. Após a divisão celular, o mesmo material genético
das células mães está agora presente nas células filhas. E, para que isso ocorra, uma maquinaria enzimática
precisa atuar de forma ordenada e sequencial em todas as etapas, desde a replicação do DNA até a
formação do produto final, as proteínas.
A síntese de DNA é extremamente eficiente, e os erros são mínimos, porém eles existem e se não houver a
correção desses erros, surgem as mutações que podem causar danos as células. Assim, os mecanismos de
reparo do DNA são de grande importância para minimizar as mutações.
Podcast
Escute agora um resumo sobre a influência das mutações nos oncogenes e nos genes supressores de
tumor.
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Assista no YouTube à animação Do ADN à proteína – 3D, do canal Yourgenome, dos processos de
replicação, transcrição e tradução para melhor compreensão do conteúdo. Legenda em português
disponível.
Para compreender mais sobre o papel dos telômeros, veja o conteúdo disponível no Khan Academy,
telômeros e telomerase.
Referências
ALBERTS, B. et al. Biologia Molecular da célula. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017. Cap. 5 e 6, p. 237 – 366. 
GRIFFITHS, A. J. F.  et al. Introdução à Genética. 10. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2013. Cap. 7-9,
p. 217-289.
INSTITUTO BIOCIÊNCIAS USP. Apostila de Biologia Molecular – Texto 2: A replicação do DNA. Consultado
na internet em: 3 nov. 2022.
INSTITUTO BIOCIÊNCIAS USP. Apostila de Biologia Molecular – Texto 3: Mutação e reparo de DNA.
Consultado na internet em: 3 nov. 2022.
INSTITUTO BIOCIÊNCIAS USP. Apostila de Biologia Molecular – Texto 4: Transcrição e processamento do
RNA. Consultado na internet em: 3 nov. 2022.
INSTITUTO BIOCIÊNCIAS USP. Apostila de Biologia Molecular – Texto 6: O código genético. Consultado na
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na internet em: 3 nov. 2022.
LODISH, H. et al. Biologia Celular e Molecular. 7. ed. Porto Alegre: Artmed, 2014. Cap. 4 (parte 2), p. 117-
156. 
WATSON, J. D. et al. Biologia Molecular do Gene. 7. ed. Porto Alegre: Artmed, 2015. Cap. 9-16, p. 257-592.
ZAHA, F.; FERREIRA, H. B.; PASSAGLIA, L. M. Biologia Molecular Básica. 5. ed. Porto Alegre: Artmed, 2014.
Cap. 6-12, p. 111-276.
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